光子学报
2023, 52(11): 1112001
甲脒（FA）基钙钛矿比甲胺（MA）基钙钛矿具有更高的内在稳定性，而无机Cs离子掺杂可以进一步提高钙钛矿的湿度、热和结构稳定性。通过一步反溶剂法制备了Cs掺杂的FA1-xCsxPbBr3（x=0，0.05，0.10，0.15）钙钛矿薄膜，采用椭圆偏振光谱研究了材料的复介电函数并以此进行外量子效率（EQE）模拟。EQE模拟结果显示掺杂比例为0.05时，钙钛矿薄膜具有最高的功率转换效率（PCE），可达23.47%。进一步对FA0.95Cs0.05PbBr3进行变温椭偏分析，发现：随着温度升高，材料带隙增大，在393 K左右，从变温复介电函数的二阶导谱中可观察到相变现象，钙钛矿材料由正交相转变为四方相。对基于FA0.95Cs0.05PbBr3的太阳能电池进行变温EQE模拟，结果表明：温度对器件的最高PCE影响不大，其效率可以稳定在23.47%左右，但是高温会导致器件近红外区的外量子效率降低，器件的整体响应带宽减小。
薄膜 Cs掺杂钙钛矿 光学性质 变温椭圆偏振光谱 外量子效率模拟 光学学报
2023, 43(23): 2331004
曲阜师范大学 物理工程学院 物理系，曲阜 273165
为了研究多步旋涂法制备的CsPbBr3薄膜的光学常数，以溴化铅和溴化铯为原料，采用多步旋涂法在硅和FTO衬底上制得CsPbBr3薄膜。利用光弹调制式椭偏光谱仪对硅衬底上的薄膜进行了椭偏光谱分析，使用Tanguy和Tauc-Lorentz 3组合模型对变角度的椭偏光谱进行参数拟合，得到了薄膜光学常数在1.00 eV~5.00 eV范围内的色散关系，并利用荧光发射光谱、吸收谱验证椭偏拟合结果。结果表明，多步旋涂法制备的CsPbBr3薄膜的光学常数与其它方法相比具有一定的差异性，其中折射率可能与薄膜表面粗糙度呈负相关; 椭偏拟合所得带隙为2.3 eV，验证了荧光光谱、吸收谱的计算结果。该研究为多步旋涂法制备的CsPbBr3薄膜椭偏光谱拟合分析提供了参考。
光谱学 光学常数 椭圆偏振光谱 CsPbBr3薄膜 多步旋涂法 spectroscopy optical constants spectroscopic ellipsometry CsPbBr3 film multi-step spin-coating method
Author Affiliations
Abstract
Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), Division 6.1 Surface Analysis and Interfacial Chemistry, Unter den Eichen 44–46, D-12203 Berlin, Germany
Critical defects, also known as device killers, in wide bandgap semiconductors significantly affect the performance of power electronic devices. We used the methods imaging ellipsometry (IE) and white light interference microscopy (WLIM) in a hybrid optical metrology study for fast and non-destructive detection, classification, and characterisation of defects in 4H–SiC homoepitaxial layers on 4H–SiC substrates. Ellipsometry measurement results are confirmed by WLIM. They can be successfully applied for wafer characterisation already during production of SiC epilayers and for subsequent industrial quality control.
Imaging ellipsometry White light interference microscopy 4H–SiC Defects Journal of the European Optical Society-Rapid Publications
2023, 19(1): 2023018
1 北京理工大学 光电学院 信息光子技术工信部重点实验室，北京 100081
2 昆明物理研究所，云南 昆明 650223
3 云南省先进光电材料与器件重点实验室，云南 昆明 650223
SnTe纳米薄膜材料光学常数的准确获取，对于其在高性能光电器件设计和在光电子领域的潜在应用具有重要的意义。然而，目前仍然很少有关于获取其纳米薄膜光学常数方法的相关研究报道。采用磁控溅射法以SnTe单靶为靶材，在石英衬底上制备了SnTe纳米薄膜；在未加衬底温度和未进行退火处理的条件下，通过制备工艺参数优化，即得到晶化的、组分可控的面心立方结构SnTe纳米薄膜。采用椭圆偏振光谱法，建立不同的拟合模型结构，利用SE数据库中的SnTe材料数据列表和Tauc-Laurents模型对所制备的SnTe纳米薄膜材料的膜厚、组成及折射率、消光系数等光学常数进行了研究。结果显示，具有该厚度的SnTe纳米薄膜材料在可见光波段具有较高的折射率、在可见到近红外具有较宽的光谱吸收。
SnTe纳米薄膜 椭圆偏振光谱 光学常数 SnTe nanofilm spectral ellipsometry optical constants
1 中国科学院上海光学精密机械研究所信息光学与光电技术实验室，上海 201800
2 中国科学院大学材料科学与光电工程中心，北京 100049
3 白俄罗斯共和国开放式股份公司“精密电子机械制造设计局-光学机械设备”，白俄罗斯明斯克 220033
石英晶体是一种重要的双折射材料，广泛应用于光学相关领域。石英晶体在宽光谱下的参数测量通常使用椭圆偏振法，但现有的椭偏测量仪器往往假定晶体的光轴与测量光路对准，从而引入测量误差，这一问题在紫外波段尤为显著。为此提出了一种采用椭圆偏振法精确测量石英晶体参数的穆勒矩阵模型，运用坐标变换和Berreman 4×4矩阵理论建立石英晶体参数与穆勒矩阵的关联，通过拟合计算可以得到晶体的厚度、光轴欧拉角和相位延迟量。实验结果显示，拟合得到的穆勒矩阵与测量结果高度一致，模型拟合的均方根误差<5，拟合厚度的相对误差<1%，拟合的欧拉角与测量结果吻合。该模型包含的信息丰富，拟合准确，对椭圆偏振法测量各向异性材料的精确参数具有重要参考价值。
测量 椭偏技术 石英晶体 介电张量 相位延迟量 欧拉角 中国激光
2023, 50(14): 1404006
1 中国科学院国家天文台，北京 100101
2 中国科学院大学天文与空间科学学院，北京 100049
随着科学家对探测精度的要求不断提高，探测设备的偏振精度愈显重要。如何精确测量元件及系统的偏振特性以优化并提高设备的偏振测量精度是一个关键问题。设计并建立了一套中红外穆勒矩阵椭偏仪，在12.32 μm波长下，使用非线性拟合法和双旋转法对系统进行了定标和测试比对。结果表明，该椭偏仪的穆勒矩阵测量精度优于0.02；透、反射样品的重复测量精度分别为0.01和0.02。该研究可为中红外穆勒矩阵椭偏仪的设计和应用提供借鉴。
测量 椭偏测量 中红外 穆勒矩阵 偏振测量 光学学报
2022, 42(18): 1812004
1 南京邮电大学 贝尔英才学院, 南京 210023
2 南京邮电大学 理学院, 南京 210023
为了研究激光脉宽对撞击电子后产生的辐射能量分布, 采用模拟计算的方法, 以Lorentz方程以及电子辐射方程为基础,建立了紧聚焦激光作用于静止单电子模型, 并通过MATLAB软件模拟了不同脉宽下的激光脉冲与电子作用后产生的电子辐射能量分布, 对飞秒紧聚焦椭圆偏振激光脉冲的脉宽与电子间的辐射功率峰值进行了深入研究。结果表明, 当紧聚焦激光脉冲遇到静止单电子, 在激光脉冲撞击电子时, 电子会发出辐射; 散射辐射在散射方向的中心呈尖锥状积累; 随着激光脉宽的增加, 辐射功率分布逐渐呈现出双峰形; 脉冲宽度越宽, 电子辐射功率峰值越小, 脉宽为10λ0时的峰值功率仅为脉宽为0.1λ0时峰值功率的1%(初始脉宽λ0=3.33fs), 同时辐射功率达到峰值所需时间越长, 最高峰的持续时间越长, 频谱函数的截止频率越低, 高频分量变少, 谐波次数增加。该结果对激光空气等离子体诊断方面具有重要意义。
激光光学 电子辐射 紧聚焦激光 椭圆偏振 数值模拟 laser optics electron radiation compact focused laser ellipsometry numerical simulation
上海海事大学海洋科学与工程学院，上海 201306
采用双洛伦兹模型和有效介质近似(Efficient Medium Approximation, EMA)色散模型对退火的Mn1.95Co0.77Ni0.28O4薄膜在近红外和中红外波段的椭偏数据进行了拟合。通过比较直流电压下测试的电导率与低频下计算的电导率(ω→0)发现，A谐振子主要产生传导电流，B谐振子主要产生位移电流。对于Mn1.95-Co0.77Ni0.28O4薄膜，随着退火温度的升高，晶格共振吸收逐渐被电子共振吸收所取代。退火样品的折射率n和消光系数k均由退火过程决定。
Mn1.95Co0.77Ni0.28O4薄膜 椭偏光谱 色散 谐振子 小极化子 Mn1.95Co0.77Ni0.28O4 thin film spectroscopic ellipsometry dispersion oscillator small polaron
近年来，有机-无机杂化钙钛矿在太阳能电池、发光二极管、激光器、自旋电子器件、光电探测器等领域得到了广泛应用，而三元混合阳离子钙钛矿薄膜相较于二元混合阳离子钙钛矿薄膜在太阳能电池中的转换效率更高。首先，用一步旋涂法在Si基底上制备了高质量的FA0.79MA0.16Cs0.05PbI2.52Br0.48（FAMACsPbI2.52Br0.48）薄膜，分别用X射线衍射、扫描电子显微镜以及椭圆偏振光谱仪对样品的晶格结构、表面形貌和光学性质进行了表征。然后，用Tauc-Lorentz模型给出了薄膜的光学常数，并计算了其介电函数的二阶导谱，光电跃迁分别位于1.66，2.21，3.36 eV处。结果表明，光电跃迁的峰位主要由X位掺杂决定，而A位掺杂对光学跃迁的贡献几乎可以忽略。最后，用时域有限差分方法模拟了基于FAMACsPbI2.52Br0.48材料的典型钙钛矿太阳能电池的光学特性，结果表明，该太阳能电池表现出的光学特性与三元混合阳离子钙钛矿的椭偏分析结果相一致，基于FAMACsPbI2.52Br0.48钙钛矿薄膜的太阳能电池采光效率可达到85%以上。
薄膜 光学性质 三元混合阳离子钙钛矿 椭圆偏振光谱仪 采光效率 激光与光电子学进展
2022, 59(11): 1131001
